Київський Національний університет

будівництва і архітектури

Блалі Ель Мостафа

УДК 624.012.69.059

Порівняння ефективності методів

підсилення залізобетонних згинальних елементів

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури (КНУБА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник | - доктор технічних наук, професор

БАРАШИКОВ Арнольд Якович, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій.

Офіційні опоненти: | -доктор технічних наук, професор

ШАГІН Олександр Львович, Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій;

-кандидат технічних наук, доцент

ГЕТУН Галина Вячеславівна, Київський національний університет будівництва і архітектури, доцент кафедри архітектурних конструкцій.

Провідна установа | - Національний університет „Львівська політехніка”, кафедра архітектурних конструкцій, Міністерство освіти і науки України (м.Львів).

Захист відбудеться 1 липня 2005 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.04 в Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037,

м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий 26 травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к.т.н., с.н.с. В.Г.Кобієв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Реалізація широкої програми впровадження у будівництво нових матеріалів і технологій вимагає особливої уваги до реконструкції та модернізації будівель і споруд. Обновлення основних фондів призводить, як правило, до заміни будівельних конструкцій. Однак, у процесі експлуатації будівельні конструкції втрачають свої первинні міцністні та деформативні якості. Отже, у процесі реконструкції виконують заміну або підсилення існуючих будівельних конструкцій.

В процесі відновлення несучих конструкцій, у тому числі і залізобетонних, застосовують різні способи підсилення, частіше за усе, нарощування розтягнутої або стиснутої зони. Нижче проаналізовано ефективність способу підсилення розтягнутої зони, як найбільш зручний і технологічно відпрацьований. У цьому випадку зручно використовувати високоефективні матеріали підсилення, такі як сталефібробетон, полімербетон, скловолокна, склотканини тощо.

Використання зазначених матеріалів вимагає оцінювання сумісної роботи нових комбінованих конструкцій, а також адекватних методів розрахунку. Ці методи повинні відображати реальний напружено-деформований стан підсилених конструкцій на будь-якому стані експлуатації.

До цього часу не існує узагальнення методів оцінювання міцності, тріщиностійкості та деформацій підсилених конструкцій при різних властивостях ефективних підсилюючих матеріалів, які працюють сумісно з підсилюваною конструкцією.

Вирішенню цієї задачи присвячена пропонована дисертація. Зважаючи на викладене, є усі підстави вважати її актуальною, вона має теоретичне і практичне значення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках досліджень кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій КНУБА згідно з держбюджетною тематикою на 1996-2005р.р. „Дослідження залізобетонних конструкцій при складних впливах” (проблема ОЦ.031.55.16), розділ III „Експериментально-теоретичні дослідження залізобетонних конструкцій”, номер держреєстрації 0197U005390. Виконані дослідження є продовженням робіт у рамках держбюджетної тематики ЛДТУ №59-ДБ „Підвищення надійності будівель і споруд” Міносвіти і науки України, номер держреєстрації 0199U001048.

Автор порівняв результати експериментальних досліджень підсилених балок, виконаних за єдиною методикою, розробленою в КНУБА.

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи є встановлення найбільш ефективного способу підсилення балок у розтягнутій зоні, виконано на основі аналізу експериментальних досліджень. Для досягнення поставленої мети були зроблені:

- дослідження особливості напружено-деформованого стану залізобетонних згинальних елементів, підсилених у розтягнутій зоні шаром важкого бетону, сталефібробетону та приклеюванням склосітки;

- експериментально-теоретичне визначення впливу основних фізико-механічних характеристик матеріалів підсилення на міцність, тріщиностійкість та деформації підсилених балок;

- дослідження впливу тріщин, які утворилися до підсилення, на міцність, тріщиностійкість та деформації підсилених балок;

- встановлення ефективності кожного виду підсилення з точки зору несучої здатності та експлуатаційної придатності підсиленого залізобетонного згинального елемента;

- уточнення методики розрахунку згинальних залізобетонних конструкцій при різних видах підсилення властивостей підсилюючих матеріалів і сумісної роботи з підсилюваною конструкцією;

- визначення надійності розрахункових формул для кожного виду підсилення.

Об’єкт дослідження – залізобетонні балки, підсилені у розтягнутій зоні різними матеріалами.

Предмет дослідження – міцність, тріщиностійкість і прогини залізобетонних балок, підсилених у розтягнутій зоні, при дії поперечного навантаження.

Методи дослідження – експериментально-теоретичні дослідження зразків балок при поперечному навантаженні.

Наукова новизна одержаних результатів:

- узагальнені, проаналізовані та співставленні напружено-деформовані стани залізобетонних балок, підсилених у розтягнутій зоні ефективними сучасними матеріалами;

- встановлені особливості роботи ефективних матеріалів при підсиленні та порівнянні з традиційним способом підсилення нарощуванням розтягнутої зони шаром важкого армованого бетону;

- встановлені закономірності утворення і розкриття тріщин в підсилених балках від початку навантаження і до руйнування;

- визначенні особливості зміни жорсткостей (прогинів) балок в залежності від матеріалу підсилення;

- запропоновані рекомендації з урахування особливостей роботи матеріалу при проектуванні підсилення залізобетонних балок з використанням розглядуваних матеріалів;

- за допомогою імовірнісно-статистичного методу (методу Монте-Карло) доказана достатня надійність запропонованих розрахункових формул.

Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості використання при проектуванні залізобетонних конструкцій, підсилених ефективними матеріалами, рекомендацій щодо їх розрахунку і конструювання.

Робота впроваджена в учбовий процес КНУБА при вивченні спецкурсу з дисципліни „Залізобетонні та кам’яні конструкції студентами спеціальності „Промислове та цивільне будівництво” для спеціалізації „Реконструкція будівель і споруд”.

Особистий внесок здобувача:

- узагальнені, оброблені та проаналізовані експериментальні дослідження різних авторів, що стосується роботи залізобетонних балок, підсилених ефективними матеріалами;

- підібрані та перевірені існуючи моделі напружено-деформованого стану підсилених балок, запропоновані методи уточнення розрахунків з урахуванням властивостей матеріалів;

- виконаний збір і статистична обробка результатів експериментальних досліджень;

- виконані статистичні розрахунки з визначення достатньої точності розрахункових співвідношень для практичного використання.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи викладені та обговорені на семінарах кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій (2001, 2002, 2003, 2004 роках), на 64-й та 65-й наукових конференціях КНУБА (2003 і 2004 р.р.), конференції молодих науковців (м.Суми, 2003р).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 6 наукових праць, у тому числі 4 – у наукових фахових виданнях, включених в перелік ВАК України.

Структура та обсяг дисертації.

Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел і додатка. Обсяг дисертації становить 135 сторинок, у тому числі 122 сторінок основного тексту, 24 рисунки, 13 таблиць, список використаних джерел зі 121 найменування на 11 сторінках, один додаток на одній сторінці.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано вибір та актуальність теми дисертації, мета, задачі та методичні основи досліджень та узагальнень результатів, наукова новизна та практичне значення роботи; викладені основані положення, які виносяться на захист.

У першому розділі викладено стан питання і сформульовані задачі досліджень ефективності підсилення залізобетонних згинальних елементів високоміцними матеріалами. Для цього були узагальнені результати проведених до цього часу досліджень балок, підсилених сталефібробетоном, полімербетоном, склопластиком. Розглянуті існуючі методи розрахунку та оцінювання надійності підсилених згинальних елементів.

Вивченню роботи підсилених залізобетонних конструкцій присвятили свої роботи Л.В.Афанасьєва, А.Я.Барашиков, С.В.Бондаренко, Б.А.Боярчук, Г.В.Гетун, О.Б.Голишев, О.Д.Журавський, П.І.Кривошеєв, Є.Ф.Лисенко, Г.А.Молодченко, Л.А.Мурашко, Й.П.Новотарський, Р.С.Санжаровський, П.О.Сунак, Г.Н.Хайдуков, О.Л.Шагін, В.С.Шмуклер, А.Касассбех, Г.В.Чанг, Л.М.Ли, М.А.Максур і багато інших.

Закінчується розділ ґрунтовним аналізом недоліків у існуючих розрахунках залізобетонних балок, підсилених новими ефективними матеріалами, і сформульована задача досліджень.

У другому розділі наведено зміст і результати експериментальних досліджень підсилених балок виконаних різними авторами за єдиною методикою, розробленою в КНУБА.

Таблиця 1 містить повний обсяг і характеристики зразків залізобетонних балок, властивості яких піддавали порівнянню.

Як видно з табл.1, усі досліджувані зразки уявляють собою залізобетонні балки прямокутного перерізу, армовані двома каркасами з одиночною арматурою діаметром від 8 до 14 мм класу А-III. В балках, випробуваних у ЛДТУ, з метою імітації експлуатаційного зношення виконане підрізання у трьох місцях робочої поздовжньої арматури 14 А-III на 2 мм (див. п. 1...7 у таблиці 1). Поперечна і верхня конструктивна арматура в усіх дослідних зразках була прийнята зі стержнів 4...8 мм класів В-I, Вр-I або А-I.

У табл.1 прийняті такі умовні позначення: Б-1 – непідсилені зразки балок; БС, БСН, БСФ – балки, підсилені шаром сталефібробетоном без попереднього навантаження (БС) та з попереднім навантаженням інтенсивністю 0,6...0,8 від руйнівного (БСН, БСФ); БП, БПН, Б12УВ – балки, підсилені шаром полімербетону без попереднього навантаження (БП) та з попереднім навантаженням (БПН, Б12УВ); БФ – балки, у яких шари з важкого бетону та сталефібробетону (підсилення) були забетоновані одночасно (комбіновані конструкції), БСНУ – балки, підсилені двома шарами склосітки.

Перед випробуванням залізобетонних непідсилених і підсилених зразків - балок були визначені основні фізико-механічні характеристики матеріалів підсилюваних балок і матеріалів підсилення.

Для цього випробуванням кубів, призм і вісімок отримані міцність на стиск та розтяг важких та дрібнозернистих бетонів, полімербетонів та сталефібробетонів. Крім того, випробовували зразки сталевої арматури, сталевої фібри, які були використані у непідсилених і підсилених зразках.

Зведена табл.2 містить співставлення відносних змін руйнуючих моментів, моментів тріщиностійкості та прогинів дослідних зразків балок в залежності від способу підсилення. Тут усі дані міцнісних та деформаційних характеристик підсилених балок визначені відносно непідсилених зразків, які були випробувані у відповідних серіях.

З табл. 2 видно, що несуча здатність підсилених балок у порівнянні з непідсиленними збільшується від 5% до 56,5%. Найменше збільшення міцності відмічено у балках серії БСНУ, підсилених двома шарами склосітки. Таке невелике збільшення несучої здатності можна пояснити тим, що на момент випробувань склосітка у середовищі бетону, який тужавіє, втратила майже 90% міцності внаслідок корозії. Але залишкової міцності виявляється достатньо для сприйняття монтажних і транспортних зусиль, для чого і призначене підсилення.

Таблиця 1

Об’єм та зміст експериментальних досліджень підсилених залізобетонних згинальних елементів

Примітки: 1. Усі найменування серій зразків відповідають прийнятим авторами дослідів. 2. Серії зразків балок Б-1, БС, БП, БТ, БФ-5-5, БФ-10-3, БФ-10-5, БФ-25-2, БФ-25-3 и БСН випробувані до руйнування без попереднього навантаження. 3. Непідсиленні зразки балок поз.1 визначені лише для серії дослідів, проведених у ЛДТУ (автор – Б.А.Боярчук). У той же час кожна наступна серія зазначеного у табл.1 автора містила контрольні зразки непідсилених балок для порівняння отриманих результатів.

Таблиця 2

Зміни міцності, тріщиностійкості та прогинів

підсилених відносно непідсилених дослідних зразків – балок

Примітки: Співставлення прогинів дослідних зразків – балок виконано при

навантаженнях експлуатаційного рівня М = (0,7…0,8) Мu.

Найбільше прирощення міцності виявилося у балок, підсилених шаром армованого полімербетону. Збільшення міцності на 56,5% практично співпало у двох дослідників (Б.А.Боярчука і А. Касассбеха), незважаючи на дещо різні характеристики використаних матеріалів.

Балки, підсилені додатковим шаром неармованого сталефібробетону у розтягнутій зоні збільшили міцність від 12% до 39% у порівнянні з непідсиленими зразками.

Балки серії БФ, які були виконані у вигляді комбінованих конструкцій, показали збільшення несучої здатності від 12% до 27% в залежності від об’ємного вмісту фібри у сталефібробетонному шарі.

Тріщиностійкість підсилених балок у порівнянні з непідсиленними підвищується ще більш інтенсивно, ніж міцність. У зразків, підсилених у розтягнутій зоні шарами з різних матеріалів, момент утворення тріщин збільшився від 1,3 до 1,7 разів по відношенню до балок без підсилення. При цьому найбільше підвищення тріщиностійкості, на (60…70)%, відзначено при підсиленні шаром неармованного сталефібробетону(серії БСН і Б12УВ у табл.1).

Дещо окремо з точки зору підвищення тріщиностійкості знаходяться так звані балки с комбінованним армуванням серії БФ. Характерною конструктивною особливістю цих зразків є наявність спільних металевих каркасів, які об’єднують шари важкого бетону і сталефібробетону (див. поз.11…15 у табл.1). Таке конструктивне рішення сприяє суттєвому збільшенню міцності контактного шву між підсилюваного конструкцією та шаром підсилення. Це призводить до того, що зазначений переріз не втрачає суцільность практично до руйнування. В співставлюваних серіях зразків тріщиностійкість збільшилася від 2,9 до 3,3 раза в залежності від вмісту фібрової арматури і відношення довжини до діаметра фібри .

Дисперсне армування розтягнутої зони сприяє зменшенню ширини розкриття тріщин.

Як показує табл.2 підсилення залізобетонних балок у розтягнутій зоні ефективно з точки зору підвищення їх жорскості та, відповідно, зниження деформацій. Зменшення прогинів балок знаходиться у межах 4…40% по відношенню до балок без підсилення (рис.1).

На графіках рис.1. можна відмітити три стадії зміни деформацій (пригинів) дослідних зразків – балок. Перший залом графіка “М-f” при рівні навантаження 0,3...0,4 від руйнівного обумовлений утворенням перших тріщин. В непідсилених балках – це початок тріщиноутворення, у підсилених – це утворення тріщин у шарі підсилення, а потім – у розтягнутому шарі підсилюваного зразку на ділянках між заін’єктованими тріщинами.

Друга ділянка графіків рис.1 практично лінійного деформування пролягає до рівня навантаження, яке складає 0,8...0,9 від руйнуючого. Нарешті, у подальшому спостерігається інтенсивнимй розвиток пластичних деформацій на стадії, яка наближується до руйнування.

Рис.1. Графіки прогинів залізобетонних балок, підсилених різними способами.

Граничні деформації стиснутої зони балок перед руйнуванням залежать від матеріалу підсилення: при великій його деформативності (сталефібробетон, полімербетон) вони складають =(250...350)10-5. У залізобетонних балках без підсилення граничні деформації стиснутої зони знаходяться у межах (160...210) 10-5. Це свідчить про сприятливий вплив шарів підсилення матеріалами з підвищеними деформаційними властивостями на розподілення деформацій та напружень у згинальних залізобетонних елементах.

Третій розділ присвячений удосконаленню методів розрахунку згинальних залізобетонних елементів, підсилених ефективними матеріалами.

Перевірку міцності нормальних перерізів залізобетонного згинального елемента, як непідсиленого, так і підсиленого, виконують, виходячи з умови

ММu lt, | (1)

де М – момент зовнішних сил, Мu lt граничний момент, який сприймає переріз.

Враховучи, що реальні закони розподілення напружень за нормальним

перерізом достатньо складні, при розрахунках залізобетонних елементів приймають деякі спрощуючі припущення: 1) напруження в бетоні стиснутої зони у граничному стані приймають такими, що дорівнюють опору бетону Rb, а деформації - b; 2) дійсну криволінійну епюру напружень в стиснутій зоні замінюють прямокутною; 3) деформації по висоті перерізу розподіляють за лінійним законом, тобто вважаються діючою гіпотезу плоских перерізів; 4) зусиллями, які сприймає розтягнутий бетон над тріщинами та між тріщинами, нехтують, тобто вважають, що бетон розтягнутої зони зусиль розтягу не сприймає.

При аналізі граничного стану зразків за міцністю нормальних перерізів підсилених згинальних елементів встановлені деякі відмінності в участі розтягнутих шарів в момент руйнування балки.

На рис. 2 наведені можливі випадки розподілення деформацій та напружень в нормальних перерізах непідсилених залізобетонних згинальних елементів, а також при підсиленні нарощуванням розтягнутої зони різними матеріалами з урахуванням їхньої участі у роботі при руйнуванні.

При виконанні умови максимальний згинальний момент обчислювали за співвідношеннями:

-для балок без підсилення

, | (2)

де - фактичні значення дослідних і геометричних величин балок;

- для елементів, підсилених неармованим шаром матеріалу |

(3)

де - граничний опір і площа підсилюючого шару матеріалу; при підсиленні шаром сталефібробетону

; | (4)

- висота підсилюючого шару.

- при підсиленні армованним шаром матеріалу у випадку, коли шар підсилення, оточуючий арматуру при руйнуванні не працює

| (5)

де відстань - наведена на рис 2.

- при підсиленні, коли усі елементи підсилення (сталефібробетон, полімербетон, скловолокно) при руйнуванні працюють сумісно |

(6)

де - зусилля у різних шарах і арматурі підсилення.

Рис.2. Розподілення деформацій та напружень при розрахунку згинальних елементів за міцністю нормальних перерізів:

а–непідсилені елементи; б–підсилені шаром неармованого сталефібробе-тона; в – підсилені рмованим шаром важкого бетона; г – підсилені армованим шаром полімербетона або сталефібробетона; д – підсилені стіклосіткою.

, | (7)

де - коефіцієнт умов роботи, який враховує напруження у арматурі вище межі текучості за рахунок зчеплення з шаром полімербетону; , - граничний опір та площа ароматури підсилення.

Після аналізу експериментальних даних величину коефіцієнта пропонується приймати таким, що дорівнює 1,15. Використання коефіцієнта

, який непрямим шляхом визначає збільшення додаткового опору, який чинить шар полімербетону пояснюється недостатньо вивченістю дісного напруженого стану полімербетону, оточуючого арматуру.

При розрахунках моменту утворення тріщин підсилюваного елемента для підвищення точності використовували деформаційну модель розрахунку з використанням деформацій , які відповідають матеріалам підсилення.

У цьому випадку використовують два рівняння рівноваги

; | (8)

. | (9)

Умовні позначення наведені на рис 3, а значення величин, які наведені у формулах (8) і (9) визначають із урахуванням деформацій за співвідношеннями

; | (10)

. | (11)

Рис. 3. До розрахунку згинальних підсилених залізобетонних елементів за тріщиностійкістю:

а – поперечний переріз; б – епюра деформацій; в – схема зусиль та епюра напружень.

Висоту розтягнутої зони обчислюють з рівняння рівноваги (9), а напруження у бетоні визначають за формулою |

(12)

де

. | (13)

Запропонований спосіб розрахунку тріщиностійкості дозволяє уточнювати величину моменту утворення тріщин завдяки врахуванню реальних експериментальних значень деформацій.

Виконаний у дисертації аналіз деформацій показав, що значення відносних прогинів для усіх дослідних балок менше допустимих, визначених у нормах.

Нарощування розтягнутої зони додатковим підсилюючим шаром дозволяє зменшити прогин у 1,5…2 рази. Матеріал підсилення практично не впливає на величині прогину. Дещо більше впливає наявність початкових тріщин: балки, підсилені з тріщинами у розтягнутій зоні, мали приблизно на 15% прогини більше за балки, підсилені без тріщин.

У розрахунках, виконаних за методикою норм теоретичні прогини виявилися більшими ніж експериментальні. Взагалі, методика розрахунку, рекомендована чиними нормативними документами, дає задавільні результати.

У четвертому розділі запропонована методика оцінювання надійності залізобетонних конструкцій до та після підсиленя.

Оцінювання адекватності (надійності) розрахункових формул експериментальним даним показує, що запропоновані залежності для розрахунку підсилених згинальних елементів не з однаковою точністю прогнозують ресурс конструкції.

Для дослідження надійності розрахункових формул використаний метод статистчного моделювання (метод Монте – Карло), який має програмне забезпечення для ЕОМ.

Усі експериментальні значення величин були умовно розділені на “детерміновні”, які не мають значної мінливості, у зв’язку з чим прийняті постійними () і “випадкові”, які мають суттєву мінливість .

Оцінювання надійності розрахункових формул виконано шляхом введення так званого “коефіцієта безпеки”

, | (14)

де - середнє значення дослідного руйнуючого згинального момента; - середнє значення середнього розрахункового моменту, отриманого за формулами (2)…(7) при середніх значеннях випадкових величин; - середнє квадратичне відхилення (стандарт) дослідного руйнуючого згинального момента.

Значення коефіцієнта безпеки, отриманого для різних зразків наведено у табл.3.

Аналіз табл.3 показує, що найменший коефіцієнт безпеки відповідає балкам без підсилення.

Таблиця 3

Значення коефіцієнта безпеки для різних типів балок

Шифр балки | Б-1 | БС | БСФ | БП | БТ | Коефіцієнт t | 0,351 | 1,212 | 0,457 | 2,99 | 1,733 | На другому місці за цим критерієм знаходиться балки серії БСФ, підсилені шаром сталефібробетону. Це означає, що для цих типів залізобетонних елементів, розрахункові формули найбільш достовірно оцінюють міцність.

Для решти зразків очевидно, що запропоновані формули реалізують досить песиместичні оцінки міцності, що призводить до заниження розрахункових значень у порівнянні з експериментальними. Звідси видно, що ці балки будуть мати зайвий запас міцності у порівнянні з розрахунковим, що з точки зору економічності не завжди доцільно.

Середні коефіцієнти запасу, які відповідають зазначеним характеристикам безпеки наведені у табл.4.

Таблиця 4

Середні коефіцієти запасу,отримані за відповідними формулами

Шифр балки | Б-1 | БС | БСФ | БП | БТ | Коефіцієнт запасу | 1,034 | 1,111 | 1,051 | 1,339 | 1,246 | Отримані результати можуть бути критерієм встановлення коефіцієнтів запасу при використанні формул (2)…(7).

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

В роботах [1…6] дисертантом виконано узагальнення та аналіз експериментальних досліджень, збір і обробка статистичних даних, побудова графіків.

Блалі ель Мостафа. Порівняння ефективності методів підсилення залізобетонних згинальних елементів.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01- ”Будівельні конструкції, будівлі та споруди”. Київський національний університет будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.- Київ, 2005.

Зібрані, узагальнені проаналізовані та співставлені результати експериментальних досліджень 15 серій залізобетонних балок, підсилених у розтягнутій зоні ефективними матеріалами: сталефібробетоном, полімербетоном, скловолокном.

Усі дослідження виконані за єдиною методикою, розробленою і апробованою в КНУБА за останні 20 років. Експериментальні зразки уявляють собою залізобетонні балки прямокутного перерізу прольотом 1800…2000 мм. У процесі короткочасних випробувань до руйнівних навантажень визначали міцність, тріщиностійкість і деформації непідсилених та підсилених зразків.

За результатами аналізу оцінювали рівень способу підсилення тими або іншими матеріалами з точки зору несучої здатності, експлуатаційних якостей та економічних показників.

Запропоновані способи розрахунку підсилених конструкцій,які враховують фізико-механічні властивості сучасних ефективних матеріалів, ступінь їх участі у спільній роботі підсилених конструкцій з урахуванням чинних нормативних документів та останніх досягнень теорії залізобетону.

Ключові слова: бетон, сталефібробетон, полімербетон, скловолокно, залізобетонні балки, підсилення міцність, тріщиностійкість, деформації, розрахунок, оцінка надійністі розрахунку.

Блали эль Мостафа. Сравнение эффективности методов усиления железобетонных изгибаемых элементов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – ”Строительные конструкции, здания и сооружения” – Киевский национальный университет строительства и архитектуры министерства образования и науки Украины.- Киев, 2005.

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первом разделе изложено состояние вопроса и сформулированы задачи исследований. Выполнен обзор литературных источников, касающихся методов усиления железобетонных конструкций различными

материалами. Проанализированы свойства эффективных материалов для усиления железобетонных изгибаемых элементов: сталефибробетоном, полимербетоном, стекловолокнистых материалов.

Анализ существующих методов расчета и конструирования позволил определить круг решаемых задач:

- сбор и анализ экспериментально-теоретических данных иссле-дований, проведенных в КНУСА и касающихся усиления железобетонных балок сталефибробетоном, полимербетоном и стекловолокном;

- установить особенности работы указанных конструкций и их эксплуатационные качества при различных уровнях нагружения;

- усовершенствовать методику расчета усиленных конструкций с учетом совместной работы материалов усиления и усиливаемого элемента;

- на основании собраных автором статистических данных методами теории надежности оценить адекватность расчетных формул реальным значениям прочности усиленных железобетонных элементов.

Во втором разделе приведены результаты сбора, обобщения и анализа экспериментально-теоретических данных о свойствах железобетонных конструкций, усиленных в растянутой зоне эффективными материалами: сталефибробетоном, полимербетоном и стекловолокном.

Проведенные исследования показали, что в результате усиления изгибаемых железобетонных элементов в растянутой зоне различными материалами повышаются эксплуатационные качества усиливаемых конструкций.

Прочность усиленных балок повышается от 5 до 60% в зависимости от материала усиления, трещиностойкость увеличивается еще более интенсивно в 2…3 раза, снижается ширина раскрытия трещин.

При уровне нагружения, составляющего 0,7…0,8 от разрушающего, изгибная жесткость усиленных балок на 40…50% выше жесткости неусиленных образцов. Соответственно уменьшаются прогибы.

Исследования показали, что с точки зрения экономической наиболее эффективным материалом оказался неармированный стержневой арматурой сталефибробетон. Он дешевле полимербетона, а по уровню улучшения эксплуатационных качеств усиленных элементов мало уступает армированному полимербетону.

В третьем разделе Даны рекомендации по усовершенствованию способов расчета железобетонных балок, усиленных эффективными материалами.

В работе предложены способы учета реальных характеристик усиливающих материалов, полученных в экспериментах. Учтена и степень участия материала при совместной работе усиливаемой конструкции с усиливающим слоем. На основании анализа сопоставления экспериментальных и теоретических данных автор вносит ряд предложений по уточнению параметров, входящих в расчетные формулы.

Четвертый раздел посвящен изложению методики оценки надежности расчета железобетонных конструкций до и после усиления.

Оценка адекватности (надежности) расчетных формул экспериментальным данным показывает, что предлагаемые расчетные зависимости не с одинаковой степенью точности прогнозируют ресурс конструкций. Наиболее близко эксперимент отражают формулы для расчета неусиленных балок и усиленных слоем сталефибробетона. Наибольший запас прочности определяют формулы для балок, армированных слоем полимербетона.

Ключевые слова: бетон, сталефибробетон, полимербетон, стекловолокно, железобетонные балки, усиление, прочность, трещиностойкость, деформации, расчет, оценка надежности расчета.

Blali El Mostafa. Comparison of the efective methods of strengthenings bending reinforced concrete elements.- Manuscript.

Dissertation for application of scientific degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.23.01.- “Building structures, building and constructions.” Kyiv National University of Construction and Architecture. – Kyiv, 2005.

The result of experimental investigations on 15 series of concrete beams reinforced in tension region by effective materials: steel-fibro-concrete, organic concrete, glass fibre have been collected, summarized, analyzed and compared.

All the investigations are realized according to the unified methods, developed and approved in KNUCA during 20 years. Experimental models are reinforced concrete beams of rectangular section with beam span of 1800…2000 mm. In short-term tests on destructive loads hardness, crack formation resistance and deformation of non-reinforced and reinforced samples were defined.

According to analysis results the level of reinforcement by different materials was estimated as far as bearing capacity, maintenance qualities, economic indicators are concerned.

Methods of calculation of reinforced structures are suggested taking into account physico-mechanical properties of modern effective materials, level of their participation in joint work of reinforced structures according to functioning normative documents and the latest achievements in reinforced concrete theory.

Key words: concrete, steel-fibro-concrete, organic concrete, glass fibre, reinforced concrete beams, reinforcement, hardness, crack resistance, deformations, calculations, calculation reliability estimate.